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氨基葡萄糖及n-乙酰氨基葡萄糖的生物合成研究进展

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食品与发酵工业 2023年第4期49卷 304-311页

作者：刘歆璐陈冯千芮张嘉颀李建承王鹏超东北林业大学奥林学院黑龙江哈尔滨150040 东北林业大学生命科学学院黑龙江哈尔滨150040

氨基葡萄糖(glucosamine,Glcn)是由葡萄糖分子的第二位羟基被氨基取代后形成的化合物。Glcn普遍存在于动物、植物以及微生物中,是多种聚合物(如甲壳素、壳聚糖)的主要成分。Glcn及n-乙酰氨基葡萄糖(n-acetylglucosamine,GlcnAc)具有抑... 详细信息

氨基葡萄糖(glucosamine,Glcn)是由葡萄糖分子的第二位羟基被氨基取代后形成的化合物。Glcn普遍存在于动物、植物以及微生物中,是多种聚合物(如甲壳素、壳聚糖)的主要成分。Glcn及n-乙酰氨基葡萄糖(n-acetylglucosamine,GlcnAc)具有抑制炎症、改善皮肤水分的作用,尤其对治疗骨关节炎有重要意义,因此广泛应用于医疗、保健和化妆品行业。目前主要获取Glcn的生产方法包括酸解法和酶解法水解虾蟹类外壳。此类方法存在污染严重,成本高以及效率低的问题。随着代谢工程和合成生物学的发展,使用微生物发酵合成Glcn具有生产条件温和、产品纯度高、生产周期短、不依赖地域季节限制等优点,已经获得广泛应用。该文综述了近年来微生物发酵法生产Glcn和GlcnAc的研究进展。阐述了Glcn和GlcnAc合成途径中关键酶的功能及改造策略,主要竞争性代谢途径及阻断方法;展示了核酶、sRnA动态调控工具在产物合成中的应用;并介绍了关键酶GlmS,菌株基因组的定向进化策略在Glcn和GlcnAc合成中的应用。该文通过这些策略分析和比较展现Glcn和GlcnAc生产的最新进展及未来发展前景。

关键词：生物合成氨基葡萄糖 n-乙酰氨基葡萄糖微生物发酵合成途径

通过解除磷酸糖胁迫提高枯草芽孢杆菌n-乙酰氨基葡萄糖合成能力

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食品与发酵工业 2023年第6期49卷 27-34页

作者：房峻黄子洋刘延峰李江华堵国成吕雪芹刘龙江南大学糖化学与生物技术教育部重点实验室江苏无锡214122 江南大学未来食品科学中心江苏无锡214122

n-乙酰氨基葡萄糖(n-acetylglucosamine,GlcnAc)在食品、保健品以及药品领域有着广泛的应用。该课题组前期构建了一株具有较高GlcnAc合成效率的枯草芽孢杆菌底盘细胞FMIK,由于GlcnAc前体的过量积累引起了磷酸糖胁迫,限制了FMIK的GlcnAc... 详细信息

n-乙酰氨基葡萄糖(n-acetylglucosamine,GlcnAc)在食品、保健品以及药品领域有着广泛的应用。该课题组前期构建了一株具有较高GlcnAc合成效率的枯草芽孢杆菌底盘细胞FMIK,由于GlcnAc前体的过量积累引起了磷酸糖胁迫,限制了FMIK的GlcnAc产量。因此,该文首先通过实施荧光定量PCR验证磷酸糖胁迫对于glcR-ywpJ操纵子转录水平影响,并通过凝胶迁移率确定GlcR与P_(glcR)的结合能力;然后,利用易错PCR构建P_(glcR-ep)突变体库,设计并使用基于荧光检测的高通量筛选系统,鉴定得到P_(glcR)与GlcR结合的关键区域;最后,在FMIK菌株的基础上对筛选得到的P_(glcR)与GlcR的结合关键区域进行敲除,得到工程菌株FMIK-m4。该菌株有效降低了GlcnAc前体浓度,解除了磷酸糖胁迫导致的二次生长现象,且摇瓶内GlcnAc产量提高至18.21 g/L。

关键词：枯草芽孢杆菌 n-乙酰氨基葡萄糖磷酸糖胁迫转录因子磷酸酶

n-乙酰氨基葡萄糖对博来霉素诱导的肺损伤和肺纤维化的保护作用及机制研究

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N-乙酰氨基葡萄糖对博来霉素诱导的肺损伤和肺纤维化的保护作用及...

作者：李金玉青岛大学

学位级别：硕士

研究背景:肺损伤是一种主要表现为巨噬细胞主导的炎性细胞浸润、上皮完整性破坏和屏障功能障碍的病理特征。当损伤严重时,启动基于纤维增殖的修复程序,导致成纤维细胞增殖和胶原沉积,导致肺实质发生不可逆的纤维化。据报道引起肺损伤的... 详细信息

研究背景:肺损伤是一种主要表现为巨噬细胞主导的炎性细胞浸润、上皮完整性破坏和屏障功能障碍的病理特征。当损伤严重时,启动基于纤维增殖的修复程序,导致成纤维细胞增殖和胶原沉积,导致肺实质发生不可逆的纤维化。据报道引起肺损伤的原因有很多,例如服用药物、病毒感染、各种创伤和长期吸烟。胸痛、咳嗽和进行性呼吸困难是肺损伤和肺纤维化的主要特征,严重者会发展为呼吸窘迫甚至休克。一项全球系统分析显示,2017年,全球有5.44亿人患有慢性呼吸道疾病,并被列为第三大死亡原因。因为新冠肺炎的全球大流行,肺损伤患者的数字已经大到难以统计。由于其难以捉摸的致病机制,目前还没有有效的药物来治疗或预防。迄今为止,临床上通常使用激素治疗,但副作用明显如胃肠道出血和股骨头坏死,并且疗效有限。n-乙酰氨基葡葡糖(nAG)是葡萄糖的乙酰化衍生物,同时也是生物细胞中多糖的基本组成单位。nAG的分子量仅为221.21 Da,这使得它能够穿过细胞膜来实现生物功能。研究表明,nAG及其衍生物具有众多生物学活性,如抗氧化、抗炎和抗肿瘤等。特别是,nAG对肺腺癌表现出非常强大的治疗潜力。值得注意的是,在最近的一项I期临床试验中,nAG被证明可以显著降低新冠肺炎患者的死亡率并改善呼吸系统症状,但其潜在机制仍不清楚。研究目的:(1)评估n-乙酰氨基葡萄糖(n-Acetylglucosamine,nAG)对博来霉素(Bleomycin,BLM)诱导的肺损伤后肺功能的影响。(2)分析nAG对BLM诱导的肺损伤过程中肺组织形态改变及胶原纤维的沉积情况。(3)检测nAG对BLM诱导的肺损伤后肺脏中巨噬细胞数量的变化。(4)分析nAG对BLM诱导的肺损伤过程中基因表达的变化,揭示疾病潜在的发病机制。研究方法:1、nAG减轻BLM诱导的肺损伤小鼠模型的构建:BLM经无创气管滴注法入肺构建肺损伤小鼠模型,实验分为三组:Control组、BLM组、BLM+nAG组。通过使用强迫振荡容积描记科学呼吸设备(Flexi Vent;SCIREQ Inc)检测小鼠肺功能指标,如呼吸系统动态弹性(elastance,Ers)、呼吸系统动态阻力(respiratory resistance,Rrs)、呼吸系统动态顺应性(compliance,Crs)、用力肺活量(forced vital capacity,FVC)和主气道阻力(newtonian resistance,Rn)等。评估nAG对BLM诱导的肺损伤后小鼠肺功能的改善作用。2、通过H&E、Masson染色方法对小鼠肺组织进行染色,进行病理学观察,通过对小鼠肺组织羟脯氨酸(hydroxyproline,HYP)含量测定评估nAG在肺损伤模型中对肺的组织形态保护及抑制肺纤维化发展的效果。3、通过对支气管肺泡灌洗液(Bronchoalveolar lavage fluid,BALF)中巨噬细胞的占比计数以及免疫荧光检测小鼠肺组织中ARG1(Arginase 1)巨噬细胞的表达情况,评估nAG在肺损伤模型中对巨噬细胞尤其是ARG1巨噬细胞的影响。4、通过免疫荧光染色小鼠肺组织,检测KRT8(Keratin 8)肺泡分化中间(alveolar differentiation intermediate,ADI)细胞的表达情况。通过免疫组化染色小鼠肺组织,检测PDGF Rβ(Platelet Derived Growth Factor Subunit B)成纤维细胞的表达量情况。评估nAG对肺损伤模型中转分化过程的影响。5、分子水平上,通过转录组测序(RnA-seq)分析对小鼠施以nAG后差异基因的表达及逆转基因的基因本体论(Gene Ontology,GO)分析,进一步探究nAG保护肺免于损伤的机制。研究结果:1、BLM损伤后28天对小鼠肺功能进行检测,与Control组相比,BLM组的Ers、Rrs、Rn的平均值分别升高10.9%、53.0%和47.8%。Crs、FVC降低了25%和15.5%,这反映了肺组织的肺收缩力受损,弹性减弱。然而,BLM+nAG组,上述指标显著改善。尽管BLM+nAG组Rn与BLM组无统计学差异,但Rn倾向于向Control组发展。以上结果表明nAG改善了BLM诱导的损伤肺的肺功能。2、H&E染色显示,BLM组中肺组织结构严重受损,肺泡间隔变宽,疏松规则的肺泡腔消失,肺实变明显。然而,BLM+nAG组的肺泡腔疏松,没有明显的结构损伤区域。在Masson染色中,BLM+nAG组改善了肺组织形态和胶原蛋白沉积情况。BLM组的肺脏中羟脯氨酸含量比Control组高1.5倍,BLM+nAG组显著抑制了BLM组羟脯氨酸含量的增加。总之,病理水平上nAG改善了BLM诱导的肺损伤并抑制了纤维化的发展。3、BLM损伤14天后,BLM组BALF中巨噬细胞数量是Control组的两倍多。BLM+nAG组巨噬细胞浸润显著减少至Control组水平。这

关键词：肺损伤 n-乙酰氨基葡萄糖博来霉素肺纤维化转分化

羧甲基壳聚糖、盐酸氨基葡萄糖及n-乙酰氨基葡萄糖对大鼠胰岛细胞生长及胰岛素分泌量的影响

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中国生物医学工程学报 2004年第2期23卷 187-191页

作者：韩宝芹刘成圣王绪敏贺君刘晨光刘万顺青岛海洋大学海洋生命学院青岛266003

通过胶原酶消化法获得大鼠胰岛单层细胞 ,并用转板以及碘乙酸处理的方法除去其中的成纤维细胞 ,得到比较纯的胰岛内分泌细胞 ,以此为材料研究了羧甲基壳聚糖、盐酸氨基葡萄糖、n 乙酰氨基葡萄糖对大鼠胰岛细胞生长和胰岛素释放的影响。... 详细信息

通过胶原酶消化法获得大鼠胰岛单层细胞 ,并用转板以及碘乙酸处理的方法除去其中的成纤维细胞 ,得到比较纯的胰岛内分泌细胞 ,以此为材料研究了羧甲基壳聚糖、盐酸氨基葡萄糖、n 乙酰氨基葡萄糖对大鼠胰岛细胞生长和胰岛素释放的影响。实验结果表明 ,羧甲基壳聚糖、盐酸氨基葡萄糖、n 乙酰氨基葡萄糖均能够促进大鼠胰岛细胞的生长。采用放射免疫法测定培养的胰岛细胞分泌胰岛素含量 ,结果表明 ,羧甲基壳聚糖具有刺激大鼠胰岛细胞胰岛素释放的作用。

关键词：盐酸氨基葡萄糖 n-乙酰氨基葡萄糖羧甲基壳聚糖胰岛细胞胰岛素

氨基葡萄糖、n-乙酰氨基葡萄糖和小分子壳聚糖对C_2H_5OH和CCl_4所致肝细胞损伤的预防和修复作用

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功能材料 2011年第7期42卷 1297-1300页

作者：王永恒党奇峰陈军陈丽媛宋磊刘成圣中国海洋大学海洋生命学院山东青岛266003 青岛商业职工医院普外科山东青岛266011

研究了氨基葡萄糖(D-glucosamine,Glc-nH2),n-乙酰氨基葡萄糖(n-acetyl-D-glucosamine,GlcnAc)和小分子壳聚糖(chitosan,CS)对酒精(C2H5OH)或四氯化碳(CCl4)诱导的小鼠肝细胞损伤的预防和修复作用。采用组织块培养法获取小鼠肝细胞,通过对小鼠传代培养过程中肝细胞活性的测定,证实该细胞在第6d达到最佳生长状态。分别用无糖培养基,含500或1000μg/mL GlcnH2、GlcnAc或小分子CS的培养基对肝细胞培养3d后用C2H5OH或CCl4诱导损害不同的时间,继续培养6d。结果发现GlcnH2、GlcnAc和小分子CS都能预防CCl4诱导的肝细胞损伤;而只有小分子CS对C2H5OH诱导的肝细胞损伤具有较好的预防效果。2000μg/mL的Glc-nH2、GlcnAc和小分子量CS对C2H5OH诱导损伤小鼠肝细胞的修复正相性都很明显;而对于CCl4诱导的肝细胞损伤,只有GlcnH2对CCl4诱导损伤30min的肝细胞具有修复作用。

关键词：氨基葡萄糖 n-乙酰氨基葡萄糖小分子壳聚糖肝细胞损伤预防修复

微生物法合成n-乙酰氨基葡萄糖及其衍生物的研究进展

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食品与发酵工业 2020年第1期46卷 274-279页

作者：牛腾飞李江华堵国成刘龙陈坚糖化学与生物技术教育部重点实验室(江南大学)

氨基葡萄糖(glucosamine,Glcn)是葡萄糖2位碳上的羟基被氨基取代后的氨基单糖。Glcn及其衍生物n-乙酰氨基葡萄糖(GlcnAc)在食品、医药和化妆品领域具有广泛应用。文章综述了生物法生产n-乙酰氨基葡萄糖及其衍生物代谢工程策略的研究进展... 详细信息

氨基葡萄糖(glucosamine,Glcn)是葡萄糖2位碳上的羟基被氨基取代后的氨基单糖。Glcn及其衍生物n-乙酰氨基葡萄糖(GlcnAc)在食品、医药和化妆品领域具有广泛应用。文章综述了生物法生产n-乙酰氨基葡萄糖及其衍生物代谢工程策略的研究进展,并对其潜在问题及应用前景进行了展望。

关键词： n-乙酰氨基葡萄糖 n-乙酰氨基葡萄糖衍生物氨基葡萄糖代谢工程策略基因工程菌

改造细胞质膜促进途径酶组装及n-乙酰氨基葡萄糖合成

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食品与生物技术学报 2021年第10期40卷 7-15页

作者：张成吕雪芹金柯李江华堵国成刘龙江南大学未来食品科技中心江苏无锡214122 江南大学生物工程学院江苏无锡214122

功能膜微域(FMMs)可以作为内源性空间支架进行途径酶组装,适度地提高FMMs在质膜中的占比能够明显提高产物合成量,然而对FMMs进行改造后,细胞生长和产物的合成均受到抑制。在课题组前期研究的基础上,对细胞质膜进行理性改造以缓解FMMs过... 详细信息

功能膜微域(FMMs)可以作为内源性空间支架进行途径酶组装,适度地提高FMMs在质膜中的占比能够明显提高产物合成量,然而对FMMs进行改造后,细胞生长和产物的合成均受到抑制。在课题组前期研究的基础上,对细胞质膜进行理性改造以缓解FMMs过度改造对细胞造成的影响。首先通过过表达PlsX,PlsY和PlsC改造细胞质膜,之后,以枯草芽孢杆菌合成n-乙酰氨基葡萄糖(GlcnAc)为例,发现质膜改造的菌株中GlcnAc产量达到(5.18±0.16)g/L,与对照菌株相比产量提升了41.9%,同时,细胞质膜改造也明显降低FMMs过度修饰对菌株生长产生的不利影响。

关键词：功能膜微域细胞质膜 n-乙酰氨基葡萄糖枯草芽孢杆菌

n-乙酰氨基葡萄糖对乙醇致肝组织损伤的保护作用及其机制

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吉林大学学报（医学版） 2011年第3期37卷 456-459,I0003页

作者：赵莹吴小兰郭林明刘艳霞刘蕾刘俊康第三军医大学研究生管理大队重庆400038 第三军医大学天然药物化学教研室重庆400038

目的:探讨n-乙酰氨基葡萄糖(GlcnAc)减轻乙醇对肝组织损伤的作用,并阐明其作用机制。方法:小鼠灌胃市售白酒建立酒精性肝病模型,同时在市售白酒中加入低、中、高剂量的GlcnAc作为干预组,记录模型组和干预组小鼠开始醉酒时间及醉酒持续时... 详细信息

目的:探讨n-乙酰氨基葡萄糖(GlcnAc)减轻乙醇对肝组织损伤的作用,并阐明其作用机制。方法:小鼠灌胃市售白酒建立酒精性肝病模型,同时在市售白酒中加入低、中、高剂量的GlcnAc作为干预组,记录模型组和干预组小鼠开始醉酒时间及醉酒持续时间,HE染色观察模型组和干预组小鼠肠道组织和肝组织的病理损伤程度。结果:与模型组比较,GlcnAc低、中、高剂量组小鼠的开始醉酒时间逐渐延长(PnAc干预组小鼠肠道及肝组织损伤均有不同程度的减轻,且随着GlcnAc剂量的增加,肠道组织和肝组织损伤逐步减轻。结论:GlcnAc可不同程度减轻乙醇对肠道组织和肝组织的损伤,GlcnAc对肝脏的保护作用可能与GlcnAc稳定肠黏膜屏障作用有关。

关键词： n-乙酰氨基葡萄糖肠黏膜通透性肝细胞/病理学

高效液相色谱-蒸发光散射检测法测定n-乙酰氨基葡萄糖中的葡萄糖和氨基葡萄糖的含量

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中南药学 2023年第3期21卷 800-803页

作者：齐雯依郑枫中国药科大学药物分析系南京211198 药物质量与安全预警教育部重点实验室南京210009 浙江省原料药安全研究中心(工艺技术创新平台) 杭州310018

目的建立高效液相色谱-蒸发光散射检测法测定发酵工艺来源的n-乙酰氨基葡萄糖中的葡萄糖和氨基葡萄糖的含量。方法采用Asahipak nH_(2)P-50 4E(4.6 mm×250 mm,5μm)色谱柱,以乙腈-水(80∶20)为流动相,流速为1.0 mL·min^(-1),柱温为30... 详细信息

目的建立高效液相色谱-蒸发光散射检测法测定发酵工艺来源的n-乙酰氨基葡萄糖中的葡萄糖和氨基葡萄糖的含量。方法采用Asahipak nH_(2)P-50 4E(4.6 mm×250 mm,5μm)色谱柱,以乙腈-水(80∶20)为流动相,流速为1.0 mL·min^(-1),柱温为30℃;使用蒸发光散射检测器,载气为空气,气体压力为350 kPa,漂移管温度为80℃,增益为5。结果n-乙酰氨基葡萄糖与葡萄糖和氨基葡萄糖之间分离度良好,葡萄糖在76.12~304.50µg·mL^(-1)、氨基葡萄糖在124.68~498.71µg·mL^(-1)、n-乙酰氨基葡萄糖在150.15~600.60µg·mL^(-1)与峰面积线性关系良好,R^(2)均大于0.9990。结论本方法准确、简便,可用于发酵工艺来源的n-乙酰氨基葡萄糖中葡萄糖和氨基葡萄糖的检测。

关键词： n-乙酰氨基葡萄糖葡萄糖氨基葡萄糖高效液相色谱-蒸发光散射检测法